Космічні промені: відмінності між версіями

 

Наявність частинок з різними енергіями відображає розмаїття джерел цих частинок. Походження частинок варіюється від енергетичних процесів в надрах [[Сонце|Сонця]] є ще достатньо не з'ясованих механізмів у найвіддаленіших куточках видимого [[Всесвіт]]у. Космічні промені можуть сягати енергій вище 10²⁰ [[еВ]], що значно перевищує можливості теперішніх земних [[прискорювач|прискорювачів частинок]], в яких можна надати частинці [[кінетична енергія|кінетичну енергію]] лише порядку 10¹²−10¹³ еВ (дивіться [[Космічні промені надвисоких енергій]] для опису реєстрації частинки з енергією близько 50 Дж, що еквівалентно тенісному м'ячу розігнаному до швидкості 42 м/с). Планується досліджувати частинки навіть з більшими енергіями.

 

== Склад ==

 

В минулому, вважалось, що космічні промені зберігають свій потік сталим. Недавні ж дослідження надали докази 1,5-2 тисячолітніх змін в потоці космічних променів протягом останніх сорока тисяч років.

 

Якщо мати на увазі весь енергетичний діапазон, в якому спостерігаються космічні промені, то безумовно, слід визнати, що завершена теорія цього питання відсутня. Навіть в відношенні походження Галактичних Космічних Променів навряд чи в наш час можна претендувати на більше, ніж створення розумних моделей які б пояснювали найбільш суттєві факти. До таких слід віднести в першу чергу, величину [[густина енергії|густини енергії]] космічних променів ~10-12 ерг/см³, а також степеневу форму енергетичного спектру, яка не зазнає яких-небудь різких змін аж до енергії ~3·10¹⁵ еВ, де показник диференціального енергетичного спектру всіх частинок міняється з -2.7 на -3.1. Вимоги до енергетичної потужності джерел, генеруючих космічні промені, досить високі, так що звичайні [[зоря|зорі]] [[Чумацький Шлях|Галактики]] не можуть їм задовольняти. Однак така потужність може бути отримана внаслідок вибуху [[наднова|наднової]]. Якщо під час вибуху виділяється енергія ~10⁵¹ ерг, а вибухи відбуваються з частотою 1 раз в 30-100 років, то потужність, яка генерується при вибухах наднових, складає ~10⁴² ерг/см³ і для забезпечення необхідної потужності космічних променів достатньо лиш декількох процентів енергії спалаху. Питання про формування спостережного енергетичного спектра космічних променів далеко не тривіальний. Необхідно передати макроскопічну енергію намагніченої [[плазма|плазми]] (оболонки [[наднова|наднової]] яка розширяється) індивідуальним зарядженим частинкам, забезпечуючи при цьому такий розподіл енергії, який суттєвим образом відрізняється від теплового. Найбільш вірогідним механізмом прискорення космічних променів до енергії ~10¹⁵ еВ, а, можливо і вище, представляється наступник. Рух скинутої при вибусі оболонки породжує в оточуючому міжзоряному середовищі ударну хвилю. Диффузійний розподіл заряджений частинок, захоплених в процес прискорення, дозволяє їм багатократно перетинати фронт ударної хвилі. Кожна пара послідовних перетинів збільшує енергію частинки пропорційно вже досягнутій енергії ([[Механізм прискорення Фермі|механізм, запропонований Фермі]]), що і призводить до пришвидшення космічних променів. По мірі збільшення числа перетинів фронту ударної хвилі росте і вірогідність покинути область прискорення, так що кількість частинок падає по мірі росту енергії приблизно степеневим чином. Прискорення виявляється досить ефективним, а спектр пришвидшених частинок жорстким ~Е^-2 аж до ~Е_max - максимально допустимій енергії пришвидшених частинок.

Інтенсивність космічних променів зростає із збільшенням висоти, досягаючи максимуму приблизно на висоті 20-25 км. За межами земної атмосфери існують області із підвищеною інтенсивністю космічних променів, що називаються [[радіаційні пояси Ван Аллена|радіаційними поясами Ван Аллена]].

 

 

Космічні промені не поширюються по прямій, а дифундують в магнітних полях Галактики. Експериментально спостережене відношення потоків легких і середніх ядер складає (для ядер з енергією більше 2.5 ГеВ/нуклон) NL/NM=0.3±0.05, тоді як відповідна величина для зір складає 10^-6. Отже, космічні промені екстремально збагачені легкими ядрами, і раз цих ядер практично немає в джерелах, вони з'являються в результаті взаємодії більш важких ядер. Для того, що б це відбувалось, потрібно, як показують оцінки, пройти в міжзоряному середовищі кількість речовини рівну x_g=5~10 г/см². Цю величину слід співставити з кількістю речовини Галактики, яке проходить по прямій x_og=ρ·R_G≈0.01 г/см². Відношення x_g до x_og ≈ 103, що і означає необхідність дифузії. При енергії в декілька ГеВ на нуклон, час життя космічних променів складає ≈ 3.10⁷ років і потім спадає. Крім того, оскільки Сонячна система знаходиться на периферії Галактики, то при відсутності дифузії (або слабкій дифузії), потік з центру Галактики міг би помітно перевищувати потік з протилежного напрямку. Але дані по анізотропії потоку з протилежного напрямку свідчать про те, що величина анізотропії аж до енергій 10¹⁴ еВ залишається малою (<10^-3), що дає ще один аргумент в користь наявності дифузії. Дифузія в магнітному полі має не скалярний, а тензорний характер.

 

== Проекти по дослідженню космічних променів ==

* PERDaix

* HEAT (High Energy Antimatter Telescope)

 

== Див. також ==

* [[Ефект Форбуша]]

{{Глобальне потепління}}

[[Категорія:Астрономічні об'єкти]]